UV-måling ved offset-, flexo- og skærmtryk

Ved UV-hærdning af trykfarver og coatings bestemmer UV-dosis gennemhærdning, vedhæftning og migration. Irradians i mW/cm² og dosis i mJ/cm² måles derfor – med båndradiometre, der bevæger sig gennem systemet, som curelog eller tinyTracker, med permanent installerede inline-sensorer eller håndholdt. Dette gør processen reproducerbar på trods af lampeældning og udskiftning af udstyr.

Hærdning af UV-reaktive trykfarver og coatings kræver konstante intensiteter, som måles med inline- eller håndholdte radiometre. UV-måling sikrer strålingsintensiteten i industrielle processer og garanterer dermed reproducerbarhed og processikkerhed i UV-baserede processer.

Ved UV-måling skal der skelnes mellem 3D-dele, flade substrater og fleksible produkter, afhængigt af anvendelsen og trykprocessen:

Ved UV-offsettryk hærdes farven direkte efter trykningen med UV-stråling, hvilket muliggør umiddelbar videre forarbejdning. Rotationsoffsetsystemer kræver som regel højere intensiteter og større bestrålingszoner for at sikre ensartede resultater ved høje hastigheder.

UV-højtryk anvender ophøjede trykplader med højviskose UV-farver, som hærdes ved direkte UV-bestråling. På grund af den punktvise farveoverførsel og begrænsede lagtykkelse er forholdsvis lave UV-doser tilstrækkelige.

UV-flexotryk arbejder med lavviskose, hurtighærdende farver, som overføres til fleksible trykplader. Det tynde farvelag tillader meget høje trykhastigheder med kort hærdningstid.

Ved UV-skærmtryk presses pastøse farver gennem en fin mesh, hvilket giver tykke farvelag. Derfor er høje UV-intensiteter og lange eksponeringstider nødvendige for at sikre fuldstændig hærdning - især for mørke eller dækkende farver.

UV-inkjettryk anvender flydende farver, som umiddelbart polymeriseres af UV-LED'er eller kviksølvlamper. På grund af dråbeapplikationen og ofte lav lagtykkelse er en målrettet, som regel punktvis UV-bestråling med høj præcision afgørende.

Det samme gælder for UV-flexotryk som for offset- og skærmtryk – men banehastighederne er højere og lagene tyndere, så dosis pr. passage er mindre, og lampeældning viser sig hurtigere.

Det underliggende måleproblem – spidsirradians, tidsprofil og integreret dosis under passagen – behandles på siden UV-måling til transportbåndssystemer.

Typiske print- og bandhastigheder (i m/min) i sammenligning med de almindelige trykprocesser:

• Webtryk (offset) er den hurtigste traditionelle trykproces (f.eks. i avistryk).
• Fleksografisk tryk giver maksimal hastighed til flexible emballager og etiketter.
• Serigrafi er betydeligt langsommere på grund af procesprincippet (mekanisk farvepåføring gennem net).
• Inkjettryk har indhentet meget takket være single-pass-systemer i industrielle anvendelser.
• I dag anvendes bogtryk næsten udelukkende i etikettryk og kan tilskrives det mellemste hastighedsområde.

Følgende tabel indeholder en oversigt over de typiske farveegenskaber, print- og bandhastigheder (i m/min) samt UV-dosis/irradians for trykprocesserne. Tallene er branchestandard gennemsnitsværdier og afhænger i høj grad af maskintype, substrat, tørketeknologi og farvepåføring.

Flexible materialer som film, etiketter, flexibel emballage, krympeetiketter, papir eller tynde plastbaner behandles typisk med følgende printprocesser:

• Fleksografisk tryk: anvendes ofte til emballagefilm, poser, etiketter og coatinger på bølgepap.
• Inkjet-print (rulle-til-rulle): til printbare flexible medier i etiketproduktion og industriel mærkning.
• Webrotationsoffsettryk: til flexible baner med høje oplag og hastighed.
  Disse processer kræver UV-systemer, der er tilpasset lave substrattykkelser og dynamisk materialefremføring.

Faste, dimensionsstabile substrater som metalplader, glas, træ, hårde plastmaterialer, karton eller formede objekter (f.eks. rør, flasker) printes fortrinsvis i følgende områder:

• Serigrafi: til stive eller formede overflader som displays, reklameskilte, glas.
• Bogtryk: til etiketter på stive substrater.
• Arkoffsettryk: til stiv karton, kartoner, metal- eller plastplader.
• Body-print: f.eks. på flasker, dåser, beholdere.
  Disse substrater tillader præcis positionering af UV-måleinstrumenter og kræver ikke særlig flexibilitet.

Der anvendes forskellige målemetoder afhængigt af substrattype, overfladegeometri og produktionsmiljø. To etablerede tilgange - farveskiftende dosismålefilm og elektroniske UV-måleinstrumenter - har forskellige styrker og begrænsninger, som skal tages i betragtning afhængigt af anvendelsen.

Farveskiftende dosismålefolier:
Disse polymerbaserede film reagerer på indfaldende UV-stråling med et irreversibelt farveskift, der bliver mere intenst, efterhånden som dosis stiger. De er særligt velegnede til anvendelser, hvor konventionel sensorteknologi når sine grænser - for eksempel på fleksible substrater som film, papir eller tekstiler, samt på roterende, konkave eller svært tilgængelige overflader i bevægelige produktionslinjer. Takket være deres lave tykkelse og mekaniske fleksibilitet kan de påføres over store arealer uden at forstyrre processen. Der er begrænsninger i den rent visuelle evaluering.

Disse film er særligt velegnede til

• fleksible substrater, da de er tynde, bøjelige og kan påføres over store arealer.
• roterende, uregelmæssige eller svært tilgængelige overflader, f.eks. i emballagebaner

Begrænsning: Ingen præcis kvantitativ evaluering uden specielle evalueringssystemer. Temperatur- og miljøpåvirkninger kan påvirke reaktionen.

UV-måleinstrumenter (radiometre, sensorer):
Elektroniske radiometre og sensorsystemer giver kvantitative målinger af UV-intensitet og dosis med høj reproducerbarhed. Disse systemer er kalibreret og metrologisk sporbare til nationale standarder. De er velegnede til stabile processer med faste substrater, hvor sensorens position kan defineres præcist. Anvendelsesområder omfatter både stationære inline-systemer til procesovervågning og mobile håndholdte måleinstrumenter til vedligeholdelse og kvalitetssikring. I trange maskinområder er sensorens højde afgørende; for bevægelige substrater passerer rejsende radiometre som curelog gennem systemet sammen med produktet.

Klassiske UV-målesystemer er særligt velegnede til

• faste materialer med stabil understøtning og kontrolleret position.
• inline-målesystemer, håndholdte måleinstrumenter eller til periodiske systemkontroller.
• Særligt uundværlige til kvalitetskritiske anvendelser.

Begrænsning: Trange maskinrum uden adgang kræver flade, rejsende instrumenter eller permanent installerede inline-sensorer.

UV-måling for faste substrater og 3D-komponenter

UV-lakker på træ anvendes i møbel-, parket- og indretningsindustrien og forbedrer slidstyrke, kemikaliebestandighed og glansniveau. Udfordringen ligger i den inhomogene overfladestruktur, substratets sugeevne og naturmaterialers temperaturadfærd. UV-systemer skal derfor levere præcis den nødvendige dosis uden at forårsage termisk skade eller deformation. Der påføres ofte flere lag lak (primer, mellemlag og topcoat) med koordineret UV-hærdning. Substratet er storformat og ikke-fleksibelt.

Ved 3D-lakering belægges rumligt formede genstande (f.eks. forbrugsvarer, bildele) med UV-hærdende lakker for at opnå dekorative og funktionelle overfladeegenskaber. Den komplekse geometri kræver præcist koordineret UV-bestråling ved hjælp af multiaksede lampeopstillinger eller robotteknik med tilpasset bestrålingskarakteristik. Skyggezoner og refleksioner fører til ujævn dosisfordeling, hvorfor UV-målesystemer eller simuleringsunderstøttede UV-layouts er nødvendige.

Substraterne er tredimensionelle, og afstanden til UV-lampen varierer.

For faste substrater er standardmåleinstrumenter velegnede til UV-måling, mens skræddersyede UV-måleinstrumenter for tredimensionelle produkter muliggør måling direkte på overfladen.

Opsytec anvender to velafprøvede radiometerdesigns til præcis bestemmelse af UV-irradians og dosis: UV-radiometeret RMD og det højdynamiske transportbånd-radiometer curelog. Førstnævnte muliggør fleksibel tilpasning til forskellige spektralområder og anvendelseskrav takket være udskiftelige, kalibrerede sensorer og understøtter dosismåling og registrering over dage. Curelog tilbyder derimod nøjagtige målinger med samplingfrekvenser op til 2.000 Hz i hurtigt cyklende processer, som dem der findes i kontinuerlige tryk- og hærdningsanlæg. Som et båndmåleinstrument er det kompakt og trådløst.

Opsytecs portefølje omfatter også skræddersyede specialløsninger - såsom inline- og PLC-kompatible sensorer samt specialdesign - som kan tilpasses præcist til kravene i industrielle UV-processer. Ved tilpasning til den specifikke form og anvendelse bliver UV-målingen ikke kun mere præcis, men også tættere på processen og mere reproducerbar.

En vigtig fordel ligger i den mekaniske integration af sensoren i den pågældende produktionsproces. Diffuseren - den strålingsfølsomme indgangsflade - er udformet, så den ligger fladt og formsluttende på overfladen af det materiale, der skal bestråles. Dette sikrer, at:

• målingen udføres præcis i det relevante bestrålingsområde,
• der ikke er nogen afvigelser på grund af hældningsvinkler, skyggezoner eller spredt lys,
• den faktiske stråledosis på materialeoverfladen registreres
• der opnås en realistisk UV-dosismåling selv ved kompleks bestråling (f.eks. med buede overflader).

I industriel print anvendes specifikke lampetyper, hvis spektrale emission er skræddersyet til kravene i den pågældende hærdningsproces. Der anvendes kviksølvdamplamper med karakteristiske emissionslinjer i det kortbølgede UV-område, galliumdopede lamper til spektral udvidelse i UVA-spektret og moderne UV-LED-systemer med en smal spektral bandbredde og høj energieffektivitet. Valget af UV-kilde afhænger af den kemiske sammensætning af trykfarver og coatings samt af procesrelaterede parametre som substrat, transporthastighed og energitilførsel.
Til UV-målingen bør lampetypen være kendt og meddelt kalibreringslaboratoriet. De typiske lamper er:

Legende / Lampetyper i detaljer:

✔ = anvendes typisk

– = Ikke en almindelig anvendelse

• Lavtrykslampe (lavtryks-Hg): Emission primært ved 254 nm → Desinfektion/sterilisering.
• Mellemtryks-Hg-lampe: Bredt spektrum med høj udgangseffekt → klassiske lamper til offsettryk, fleksotryk og serigrafi.
• Metalhalogenlamper: Kviksilver + metalhalogenider (Fe, Ga osv.) → øger UV-A/B-indholdet for tykke lag.
• UV-LED: Narrowband, effektiv, klar til at starte øjeblikkeligt (365–405 nm). Ideel til temperaturfølsomme processer.
• Excimerlampe: Kvasi-monokromatisk VUV/UVC (f.eks. 172 nm, 222 nm) → mattering, speciel polymerisering.

De grundlæggende principper for spektrum, dosisrate og oxygeninhibering bag hver af disse kildetyper er beskrevet på applikationssiden UV-hærdning og fotopolymerisering.